eng
Выпуск #4/2020
Д.Суханов
РАСШИРЯЯ ГРАНИЦЫ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ БЕЗМАCКОВОЙ ЛИТОГРАФИИ: ТЕХНОЛОГИЯ MLE™
РАСШИРЯЯ ГРАНИЦЫ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ БЕЗМАCКОВОЙ ЛИТОГРАФИИ: ТЕХНОЛОГИЯ MLE™
Просмотры: 1102
DOI: 10.22184/1992-4178.2020.195.4.114.120
Расширяя границы существующих систем безмасковой литографии: технология MLE™
Д. Суханов 1
Новые требования к производительности и гибкости электронных устройств ставят задачу перехода от традиционной контактной фотолитографии с использованием масок-фотошаблонов к цифровой литографии – безмасковой, которая особенно необходима для реализации гетерогенной интеграции и современных технологий корпусирования (advanced packaging). Системы на кристалле (СнК) сегодня переходят от решений, использующих монолитные интегральные схемы (МИС), к модульным системам в упаковке, микрочипам (или чиплетам – chiplets) и функциональным блокам. Соответственно, растет спрос на масштабируемую и адаптивную фотолитографию, которая была бы эффективна для создания подобных структур. Свое решение для реализации такой фотолитографии предложила фирма EV Group*.
Компания EV Group разработала новую технологию безмаскового экспонирования MLE™ (Maskless Exposure). Технология позволит удовлетворить современные требования к гибкости проектирования новых изделий и сокращению циклов разработки, ее можно будет использовать в крупносерийном производстве микроэлектроники. MLE™ должна устранить все трудности и сократить затраты, связанные с использованием маски – фотошаблона, ликвидировать разрыв между универсальным (но медленным) оборудованием, используемым для разработки, и быстрым (но не гибким) производством.
MLE™ предоставит решение, которое может быть масштабируемым и одновременно позволит проектировать на уровне кристалла и пластины, поддерживая как традиционные, так и новые материалы, а также обеспечит высокую скорость адаптации и высокую надежность с многоуровневым резервированием для повышения доходности и снижения стоимости владения.
Новая технология отвечает всем критическим требованиям процессов фотолитографии не только для современных технологий корпусирования, но также для МЭМС‑технологий, биомедицины и производства печатных плат.
С какими новыми проблемами столкнется литографический процесс для современных технологий корпусирования и гетерогенной интеграции?
По мере того, как гетерогенная интеграция становится растущей движущей силой в полупроводниковой промышленности, оказывая влияние на рынки современных технологий корпусирования, МЭМС и печатных плат, требования к процессам фотолитографии серьезно ужесточаются. Так, в современных технологиях корпусирования требования минимального разрешения для слоев перераспределения (redistribution layers, RDL) и межсоединений (interposers), с характерными для них масштабированием размеров и постоянным уплотнением структур линия / пробел (Line / Space), становятся все более строгими. В некоторых случаях они приближаются к двум микронам или превышают это значение. При этом изменение положения кристалла на подложке / пластине и использование экономически эффективных органических подложек требует все большей гибкости в формировании рисунка. Требования растут и к точности совмещения и наложения слоев, а также к глубине фокуса (глубине резкости) в вертикальных структурах с боковыми стенками.
Новые требования, такие как минимизация искажения рисунка, минимизация сдвига (смещения) кристалла из-за искривления пластины (если речь идет об упаковке на уровне пластины (Wafer-level packaging, WLP)), поддержка толстых и тонких фоторезистов – это лишь некоторые из критериев для существующих и будущих передовых систем литографии. В табл. 1 приведены основные требования к литографии для различных сфер микроэлектроники.
Немного об основных принципах экспонирования и ключевых аспектах безмасковой литографии
Принципы различных видов экспонирования представлены в табл. 2. Ключевыми аспектами технологии экспонирования MLE™ являются:
Немного о проблемах и трудностях, возникающих на литографическом пути
Основным элементом каждого процесса литографии является модуль экспонирования, который определяет основные характеристики и производительность той или иной литографической технологии. В настоящее время на рынке существует несколько распространенных методов экспонирования. В случае совмещения фотошаблона и пластины рисунок экспонируется на подложку через фотошаблон (маску), которая находится в непосредственной близости от светочувствительной пластины с фоторезистивным покрытием. Минимальный размер структуры определяется зазором между маской и пластиной. Близость маски к поверхности фоторезиста позволяет получить меньшие структуры, однако при слишком близком контакте происходит загрязнение маски, что приводит к уменьшению выхода годных. Несмотря на то, что минимальное разрешение на серийном производстве ограничено несколькими микронами, технология совмещения фотошаблона с пластиной и последующего экспонирования обеспечивает решение для создания недорогих и высокопроизводительных систем, особенно когда требуются высокая доза облучения и работа с толстыми фоторезистами (более 100 мкм) или процессами WLP.
Для формирования рисунков меньшего размера без загрязнения маски используют степперы, в которых применяется проекционная оптика между маской и пластиной. Однако, экспонирование происходит последовательно или пошагово с сильным ускорением между экспонированиями, поскольку размер поля экспонирования ограничен возможностями оптики.
В системах совмещения и экспонирования, также как и при использовании степперов, к вышеупомянутым ограничениям добавляются еще и серьезные дополнительные затраты на фотошаблоны. Одно из решений, позволяющее исключить стоимость фотошаблона, – это технология прямого лазерного экспонирования с применением одного или нескольких лазерных лучей, которые последовательно экспонируют небольшие геометрические элементы. Но наряду с преимуществами прямого экспонирования, последовательный характер воздействия приводит к значительным затратам и очень низкой производительности.
Технология MLE™ позволяет экспонировать одну или несколько широких полос в режиме параллельного сканирования и использовать пластины любого размера вплоть до больших панелей благодаря плотно интегрированной кластерной конфигурации пишущей головы.
Технология поддерживает все имеющиеся в микроэлектронной промышленности фоторезисты, так как в ее основе лежит использование мощного ультрафиолетового источника с несколькими длинами волн. Производительность такой системы не зависит от сложности, разрешения получаемых структур и типа используемого фоторезиста. MLE™ дополняет линейку существующих литографических систем компании EV Group, ориентируясь на новые мировые тенденции и задачи, где другие подходы сталкиваются с различными ограничениями, сложностью масштабирования и высокой стоимостью владения.
Что же даст переход на новую схему литографии?
Ответ на этот вопрос прост – гибкость, масштабируемость и меньшую стоимость владения по сравнению с существующими методами литографии, используемыми в крупносерийном производстве.
Технология MLE™ расширяет границы существующих систем литографии, обеспечивает высокое разрешение линия / пробел (<2 мкм), экспонирование без сшивки всей поверхности подложки с высокой производительностью. Системы, реализующие MLE™, можно масштабировать в соответствии с потребностями пользователя, добавляя или удаляя пишущие головы, что обеспечивает быстрый переход от НИОКР к крупносерийному производству. Технология дает возможность оптимизировать производительность и обеспечивает превосходную адаптивность к различным размерам структур и материалам подложек, поэтому идеально подходит для работы с широчайшей номенклатурой подложек – от небольших полупроводниковых пластин из кремния или материалов группы AIIIBV до панелей больших размеров. MLE™ обеспечивает одинаковую производительность формирования рисунка независимо от типа фоторезиста благодаря гибкому и масштабируемому мощному лазерному УФ‑источнику с различными вариантами выбора длины волны для экспонирования. Внешний вид системы EVG MLE™ показан на рис. 2.
Технология MLE™ устраняет проблемы постоянного увеличения стоимости фотошаблонов для различных конструкций чипов и поддержания их количества, необходимого для обеспечения непрерывного серийного производства, что составляет значительную часть общих затрат на разработку и производство. Снижение влияния варьирования рисунка (с точки зрения размеров подложки и разнообразия материалов) на время выхода на рынок также все более широко востребовано в литографии. Технология MLE™ – это масштабируемый подход, который дает возможность создавать структуры любой формы на любой подложке. Данная технология использует кластерные системы многоволновых лазерных источников света, работающих на длинах волн 375 и / или 405 нм, что позволяет формировать рисунок как на толстых, так и на тонких фоторезистах (включая позитивные и негативные, различные полиимиды, сухие пленочные резисты) и даже применять данную технологию в производстве печатных плат. Примеры получаемых структур показаны на рис. 3–5. Технология экспонирования MLE™ поддерживает высокое отношение высоты к ширине элементов рельефа, обычно характерное для процессов литографии в WLP, МЭМС, микрофлюидике и различных интегральных структурах полупроводниковой фотоники.
Помимо трудностей, связанных с применением фотошаблонов, современные технологии, основанные на их использовании, сталкиваются с проблемами, вызванными деформациями подложки, и поэтому имеют ограничения по применению. В отличие от них, технология MLE™ способна адаптироваться к высоким нагрузкам на подложку, ее изгибу и деформации благодаря встроенному динамическому выравниванию. Параллельно с этим технология MLE™ позволяет одновременно выполнять формирование рисунка на уровне пластины и отдельных кристаллов.
Кроме того, программируется уровень дозы УФ‑излучения во время процесса формирования рисунка, поэтому можно обрабатывать структуры с различной толщиной фоторезиста. Эта исключительная особенность позволяет изготавливать сложные трехмерные многоуровневые схемы, применимые в будущих МЭМС, новых фотонных устройствах или микрооптических элементах (преломляющих, дифракционных). Получаемая структура может быть сохранена в многочисленных стандартных отраслевых форматах векторных файлов (например, GDSII, Gerber, OASIS, ODB++ или BMP). Векторный макет с любой заданной сложностью шаблона обрабатывается в течение нескольких секунд и сохраняется в растровом формате. В результате ни тип фоторезиста, ни уровень дозы облучения, ни какая-либо конкретная сложность конструкции не влияют на скорость процесса формирования рисунка.
Что же нас ждет на пути к новой цифровой инфраструктуре?
Цель новой технологии безмаскового экспонирования EVG MLE™ состоит не только в том, чтобы вывести на рынок новый инструмент для литографии, но и в том, чтобы укрепить тенденцию перехода к интеллектуальной и гибкой цифровой обработке в полупроводниковой промышленности, обеспечивая при этом уникальную масштабируемость без использования фотошаблонов. Технология позволяет увеличить производительность и сократить расходы.
Применение этой современной технологии экспонирования также решает проблемы, обусловленные использованием новых материалов или гибких подложек, с которыми сталкиваются новые рынки. Практически неограниченная гибкость проектирования, привносимая технологией MLE™ в нынешнюю консервативную среду, открывает пространство для новых инноваций, помогает сократить циклы разработки и в то же время ликвидировать разрыв между НИОКР и крупносерийным производством, сделав одну и ту же технологию доступной для обеих областей.
На высококонкурентном мировом рынке полупроводниковой промышленности гибкость производства, масштабируемость, затраты на разработку и эксплуатацию являются чрезвычайно важными факторами для сокращения времени вывода продукта на рынок, что крайне важно для удержания и расширения доли рынка. Таким образом, новая цифровая инфраструктура технологии EVG MLE™ позволяет активно реализовывать инновационные решения, сохраняя при этом расходы на разумном уровне.
В статье использованы материалы с сайта компании EV Group (https://www.evgroup.com). ●
Д. Суханов 1
Новые требования к производительности и гибкости электронных устройств ставят задачу перехода от традиционной контактной фотолитографии с использованием масок-фотошаблонов к цифровой литографии – безмасковой, которая особенно необходима для реализации гетерогенной интеграции и современных технологий корпусирования (advanced packaging). Системы на кристалле (СнК) сегодня переходят от решений, использующих монолитные интегральные схемы (МИС), к модульным системам в упаковке, микрочипам (или чиплетам – chiplets) и функциональным блокам. Соответственно, растет спрос на масштабируемую и адаптивную фотолитографию, которая была бы эффективна для создания подобных структур. Свое решение для реализации такой фотолитографии предложила фирма EV Group*.
Компания EV Group разработала новую технологию безмаскового экспонирования MLE™ (Maskless Exposure). Технология позволит удовлетворить современные требования к гибкости проектирования новых изделий и сокращению циклов разработки, ее можно будет использовать в крупносерийном производстве микроэлектроники. MLE™ должна устранить все трудности и сократить затраты, связанные с использованием маски – фотошаблона, ликвидировать разрыв между универсальным (но медленным) оборудованием, используемым для разработки, и быстрым (но не гибким) производством.
MLE™ предоставит решение, которое может быть масштабируемым и одновременно позволит проектировать на уровне кристалла и пластины, поддерживая как традиционные, так и новые материалы, а также обеспечит высокую скорость адаптации и высокую надежность с многоуровневым резервированием для повышения доходности и снижения стоимости владения.
Новая технология отвечает всем критическим требованиям процессов фотолитографии не только для современных технологий корпусирования, но также для МЭМС‑технологий, биомедицины и производства печатных плат.
С какими новыми проблемами столкнется литографический процесс для современных технологий корпусирования и гетерогенной интеграции?
По мере того, как гетерогенная интеграция становится растущей движущей силой в полупроводниковой промышленности, оказывая влияние на рынки современных технологий корпусирования, МЭМС и печатных плат, требования к процессам фотолитографии серьезно ужесточаются. Так, в современных технологиях корпусирования требования минимального разрешения для слоев перераспределения (redistribution layers, RDL) и межсоединений (interposers), с характерными для них масштабированием размеров и постоянным уплотнением структур линия / пробел (Line / Space), становятся все более строгими. В некоторых случаях они приближаются к двум микронам или превышают это значение. При этом изменение положения кристалла на подложке / пластине и использование экономически эффективных органических подложек требует все большей гибкости в формировании рисунка. Требования растут и к точности совмещения и наложения слоев, а также к глубине фокуса (глубине резкости) в вертикальных структурах с боковыми стенками.
Новые требования, такие как минимизация искажения рисунка, минимизация сдвига (смещения) кристалла из-за искривления пластины (если речь идет об упаковке на уровне пластины (Wafer-level packaging, WLP)), поддержка толстых и тонких фоторезистов – это лишь некоторые из критериев для существующих и будущих передовых систем литографии. В табл. 1 приведены основные требования к литографии для различных сфер микроэлектроники.
Немного об основных принципах экспонирования и ключевых аспектах безмасковой литографии
Принципы различных видов экспонирования представлены в табл. 2. Ключевыми аспектами технологии экспонирования MLE™ являются:
- динамическое формирование рисунка на фоторезисте с полным разрешением и без сшивки;
- разрешение линия / пробел лучше, чем 2 мкм, в любом произвольном направлении;
- свобода дизайна и конфиденциальность данных благодаря созданию структур в цифровом виде;
- индивидуальные аннотации для каждого кристалла (серийные номера, ключи шифрования и т. д.);
- обнаружение и адаптивная компенсация изменения геометрии пластины;
- деформация основания не оказывает влияния на процесс (возможность использовать толстые пластины, стекло или органические материалы);
- интеллектуальная и гибкая инфраструктура для цифровой литографии;
- технология, не использующая расходные материалы.
Немного о проблемах и трудностях, возникающих на литографическом пути
Основным элементом каждого процесса литографии является модуль экспонирования, который определяет основные характеристики и производительность той или иной литографической технологии. В настоящее время на рынке существует несколько распространенных методов экспонирования. В случае совмещения фотошаблона и пластины рисунок экспонируется на подложку через фотошаблон (маску), которая находится в непосредственной близости от светочувствительной пластины с фоторезистивным покрытием. Минимальный размер структуры определяется зазором между маской и пластиной. Близость маски к поверхности фоторезиста позволяет получить меньшие структуры, однако при слишком близком контакте происходит загрязнение маски, что приводит к уменьшению выхода годных. Несмотря на то, что минимальное разрешение на серийном производстве ограничено несколькими микронами, технология совмещения фотошаблона с пластиной и последующего экспонирования обеспечивает решение для создания недорогих и высокопроизводительных систем, особенно когда требуются высокая доза облучения и работа с толстыми фоторезистами (более 100 мкм) или процессами WLP.
Для формирования рисунков меньшего размера без загрязнения маски используют степперы, в которых применяется проекционная оптика между маской и пластиной. Однако, экспонирование происходит последовательно или пошагово с сильным ускорением между экспонированиями, поскольку размер поля экспонирования ограничен возможностями оптики.
В системах совмещения и экспонирования, также как и при использовании степперов, к вышеупомянутым ограничениям добавляются еще и серьезные дополнительные затраты на фотошаблоны. Одно из решений, позволяющее исключить стоимость фотошаблона, – это технология прямого лазерного экспонирования с применением одного или нескольких лазерных лучей, которые последовательно экспонируют небольшие геометрические элементы. Но наряду с преимуществами прямого экспонирования, последовательный характер воздействия приводит к значительным затратам и очень низкой производительности.
Технология MLE™ позволяет экспонировать одну или несколько широких полос в режиме параллельного сканирования и использовать пластины любого размера вплоть до больших панелей благодаря плотно интегрированной кластерной конфигурации пишущей головы.
Технология поддерживает все имеющиеся в микроэлектронной промышленности фоторезисты, так как в ее основе лежит использование мощного ультрафиолетового источника с несколькими длинами волн. Производительность такой системы не зависит от сложности, разрешения получаемых структур и типа используемого фоторезиста. MLE™ дополняет линейку существующих литографических систем компании EV Group, ориентируясь на новые мировые тенденции и задачи, где другие подходы сталкиваются с различными ограничениями, сложностью масштабирования и высокой стоимостью владения.
Что же даст переход на новую схему литографии?
Ответ на этот вопрос прост – гибкость, масштабируемость и меньшую стоимость владения по сравнению с существующими методами литографии, используемыми в крупносерийном производстве.
Технология MLE™ расширяет границы существующих систем литографии, обеспечивает высокое разрешение линия / пробел (<2 мкм), экспонирование без сшивки всей поверхности подложки с высокой производительностью. Системы, реализующие MLE™, можно масштабировать в соответствии с потребностями пользователя, добавляя или удаляя пишущие головы, что обеспечивает быстрый переход от НИОКР к крупносерийному производству. Технология дает возможность оптимизировать производительность и обеспечивает превосходную адаптивность к различным размерам структур и материалам подложек, поэтому идеально подходит для работы с широчайшей номенклатурой подложек – от небольших полупроводниковых пластин из кремния или материалов группы AIIIBV до панелей больших размеров. MLE™ обеспечивает одинаковую производительность формирования рисунка независимо от типа фоторезиста благодаря гибкому и масштабируемому мощному лазерному УФ‑источнику с различными вариантами выбора длины волны для экспонирования. Внешний вид системы EVG MLE™ показан на рис. 2.
Технология MLE™ устраняет проблемы постоянного увеличения стоимости фотошаблонов для различных конструкций чипов и поддержания их количества, необходимого для обеспечения непрерывного серийного производства, что составляет значительную часть общих затрат на разработку и производство. Снижение влияния варьирования рисунка (с точки зрения размеров подложки и разнообразия материалов) на время выхода на рынок также все более широко востребовано в литографии. Технология MLE™ – это масштабируемый подход, который дает возможность создавать структуры любой формы на любой подложке. Данная технология использует кластерные системы многоволновых лазерных источников света, работающих на длинах волн 375 и / или 405 нм, что позволяет формировать рисунок как на толстых, так и на тонких фоторезистах (включая позитивные и негативные, различные полиимиды, сухие пленочные резисты) и даже применять данную технологию в производстве печатных плат. Примеры получаемых структур показаны на рис. 3–5. Технология экспонирования MLE™ поддерживает высокое отношение высоты к ширине элементов рельефа, обычно характерное для процессов литографии в WLP, МЭМС, микрофлюидике и различных интегральных структурах полупроводниковой фотоники.
Помимо трудностей, связанных с применением фотошаблонов, современные технологии, основанные на их использовании, сталкиваются с проблемами, вызванными деформациями подложки, и поэтому имеют ограничения по применению. В отличие от них, технология MLE™ способна адаптироваться к высоким нагрузкам на подложку, ее изгибу и деформации благодаря встроенному динамическому выравниванию. Параллельно с этим технология MLE™ позволяет одновременно выполнять формирование рисунка на уровне пластины и отдельных кристаллов.
Кроме того, программируется уровень дозы УФ‑излучения во время процесса формирования рисунка, поэтому можно обрабатывать структуры с различной толщиной фоторезиста. Эта исключительная особенность позволяет изготавливать сложные трехмерные многоуровневые схемы, применимые в будущих МЭМС, новых фотонных устройствах или микрооптических элементах (преломляющих, дифракционных). Получаемая структура может быть сохранена в многочисленных стандартных отраслевых форматах векторных файлов (например, GDSII, Gerber, OASIS, ODB++ или BMP). Векторный макет с любой заданной сложностью шаблона обрабатывается в течение нескольких секунд и сохраняется в растровом формате. В результате ни тип фоторезиста, ни уровень дозы облучения, ни какая-либо конкретная сложность конструкции не влияют на скорость процесса формирования рисунка.
Что же нас ждет на пути к новой цифровой инфраструктуре?
Цель новой технологии безмаскового экспонирования EVG MLE™ состоит не только в том, чтобы вывести на рынок новый инструмент для литографии, но и в том, чтобы укрепить тенденцию перехода к интеллектуальной и гибкой цифровой обработке в полупроводниковой промышленности, обеспечивая при этом уникальную масштабируемость без использования фотошаблонов. Технология позволяет увеличить производительность и сократить расходы.
Применение этой современной технологии экспонирования также решает проблемы, обусловленные использованием новых материалов или гибких подложек, с которыми сталкиваются новые рынки. Практически неограниченная гибкость проектирования, привносимая технологией MLE™ в нынешнюю консервативную среду, открывает пространство для новых инноваций, помогает сократить циклы разработки и в то же время ликвидировать разрыв между НИОКР и крупносерийным производством, сделав одну и ту же технологию доступной для обеих областей.
На высококонкурентном мировом рынке полупроводниковой промышленности гибкость производства, масштабируемость, затраты на разработку и эксплуатацию являются чрезвычайно важными факторами для сокращения времени вывода продукта на рынок, что крайне важно для удержания и расширения доли рынка. Таким образом, новая цифровая инфраструктура технологии EVG MLE™ позволяет активно реализовывать инновационные решения, сохраняя при этом расходы на разумном уровне.
В статье использованы материалы с сайта компании EV Group (https://www.evgroup.com). ●
Отзывы читателей
